【学员问题】煤和矿井瓦斯突出？

　　【解答】煤矿在地下采掘过程中，在短瞬之间，从煤（岩石）壁内向采掘工作面突然喷出大量煤（岩）粉和瓦斯（CH4、CO2）的现象，称为煤和瓦斯突出，简称瓦斯突出。它是一种由地压、瓦斯压综合作用的常常伴有声响和猛烈力能效应的动力现象。煤与瓦斯突出能摧毁井巷设施，破坏通风系统，使井巷充满瓦斯与大量煤粉，造成人员窒息、煤流埋人，甚至可引起井下火灾和瓦斯爆炸。因此，煤和瓦斯突出是矿山中严重的产业灾害。

　　1.煤与瓦斯（CH4或CO2）突出

　　简称突出。发生突出的主要因素是地压（或称地应力）和瓦斯压力的联合作用，通常以地应力为主，瓦斯压力的作用为辅，煤与瓦斯的重力不起决定作用。实现突出的基本能源是煤内蓄积的高压瓦斯能。因此，突出现象的基本特征是：

　　（1）突出的固体物质具有气力运输的特征，颗粒呈分选性堆积；煤、岩被瓦斯流抛至远处，可随巷道拐弯，亦能向上抛至一定的高度；煤堆积的坡度小于煤的自然安息角。

　　（2）突出的固体物质具有被高压气体粉碎的特征。大量的极细的微尘是突出时煤被高压瓦斯膨胀粉碎的结果。但也有突出物被高压压实，需要用镐来清理的少数情况。

　　（3）突出时有大量瓦斯（CH4或CO2）喷出，由于瓦斯压力大于巷道内通风压力，而且大得多，所以喷出的瓦斯逆风流前进。100t以下的中型突出，瓦斯逆流为数十米；1000t以下的大型突出，瓦斯逆流为数百米；超过千吨的特大型突出，瓦斯逆流达千米以上。突出能够严重破坏矿井通风系统和设施。

　　（4）突出孔洞的口小而肚大，呈梨形或倒瓶形，其轴线往往沿煤层倾斜向上伸延或与倾斜线组成不大的夹角，长数米至数十米，有时孔洞被碎煤充填，不易直接看到。

　　（5）突出有明显的动力效应，如搬运巨石、推翻矿车和毁坏设备、破坏井巷支护等设施。

　　2.煤突然压出并涌出大量瓦斯

　　简称压出。发动与实现压出的主要动力是受采动影响所产生的地压，即地应力。瓦斯压力和煤的自重是次要的因素。压出的基本能源是煤层受地压影响所积蓄的弹性能。因此，压出的基本特征是：

　　（1）压出的固体物按弹性能释放的方向堆积，是堆积在原处位置的对面，压出的煤抛出不远，或在自重的参与下偏向铅垂方向；煤堆积坡度小于自然安息角。

　　（2）压出的煤无分选现象，大小不同的碎块杂乱无章；有时煤被整体位移，向外鼓出。

　　（3）压出时瓦斯涌出量不大，极少情况下从压裂的缝隙喷出瓦斯，但极少见到瓦斯逆流的现象。

　　（4）压出时动力效应较突出为小，但亦能推倒支架，推移工作面设备。

　　（5）压出后形成的空洞不规则，往往形成袋状、楔形、缝形不等，但空洞多为口大而肚小，外宽内窄，深度长的达几米，不少压出看不到空洞。

　　3.煤的倾出并涌出瓦斯

　　简称倾出。发生倾出的主要动力是地应力，即结构松软、饱含瓦斯、内聚力小的煤，在较高的地应力作用下，突然破坏、失去平衡，为其位能的释放创造了条件。突出倾出的能源主要是失稳煤体的自身重力。因此，倾出的基本特征是：

　　（1）当煤体自重超过煤层的凝聚力而倾出时，按重力方向堆积，即堆积在原处位置的下方，就近堆积在采掘工作面的下方近处。堆积的坡度等于自然安息角。

　　（2）倾出的煤呈大小不同的块状，无分选现象，无粉末状细粒。

　　（3）倾出伴随有瓦斯涌出，但影响范围和瓦斯量均较突出为小，且无瓦斯逆流现象。

　　（4）倾出后形成空洞有舌形、袋形，孔洞轴线沿煤倾斜方向延伸，倾角大于45°，位于原集中应力带以内，孔洞深达几米。

　　（5）倾出的动力效应较小，仅能破坏附近的支架。

　　以上三种；即突出、压出、倾出三种动力现象的发动力都以地压为主，所以它们的预兆相似，对震动以及引起应力集中的因素都非常敏感。在地压应力集中地带、地质构造带、松软煤带等都易发生。凡能使地应力得到缓和及衰减的措施，例如开采解放层等，都可以减弱甚至消除这一灾害。由于实现突出、压出、倾出的能源不完全相同，根据动力现象的力学特征，一般不难区分，从而采取各自适应的预防措施。

　　突出危险煤层内，地应力和瓦斯压力同时存在，而且相辅相成。实验证明，地应力增大区，瓦斯压力亦增大；煤中瓦斯含量高，瓦斯压力增大地区，地应力亦随之增大。

　　瓦斯突出，发生的条件与特征有如下规律：

　　（1）突出灾害随采掘深度的增加而增加。

　　各矿发生突出地点的深度因地质条件、地压状况、煤质松软与坚硬、煤层倾角、厚度等的不同而各异。但总的说来，深度大，则突出的次数多、强度大。

　　（2）突出的次数、强度，随煤层的厚度，特别是软分层的厚度的增加而增多。突出最严重的煤层一般都是最厚的主采煤层。

　　（3）突出可以发生在各类巷道中和各种作业时，但以石门揭穿煤层和放炮落煤时最容易发生。掘进平巷和采煤工作面次之。

　　（4）回采工作面和邻近层煤柱区的突出，大多表现为地压显现作用的结果，即地压起主导作用；石门揭煤、上山和下山的突出，地压和瓦斯联合作用；钻孔突出大多为瓦斯压力起主导作用。

　　（5）突出多发生在高瓦斯矿井内，同一煤层，其瓦斯压力越高，突出危险性越大；不同煤层，其瓦斯压力与突出危险性之间无直接关系。这是因为决定突出的主要因素除瓦斯外还有地应力、煤结构强度等。

　　（6）突出煤层的特点是煤的力学强度低、变化大、透气性差，瓦斯扩散速度高、湿度小、层理紊乱、遭地质构造力破坏严重。

　　（7）煤自重的影响。由煤壁上前方往巷道内突出占大多数，由下方向巷道突出占极少数，突出次数有随着煤层倾角的增大而增多的趋势。

　　（8）突出危险区呈带状分布。这是因为地压、瓦斯压力、煤的力学强度和结构等异常往往呈带状分布。因此，突出与地质构造有密切关系。围岩硬而厚时突出危险性增大。

　　在采掘形成的地应力集中地区，如邻近层的煤柱上下、相向采掘接近区、巷道开口、两巷贯通前煤柱内、采煤工作面集中应力处及上山掘进等突出危险性大，次数多且强度大。

　　（9）绝大多数突出，发生在落煤工序，尤其是爆破落煤时。突出的危险性随对煤体震动增强而增加。

　　（10）大多数突出，事先都有预兆。煤与瓦斯突出预兆表现在三个方面：

　　1）地压显现方面的预兆

　　发出煤炮声、支架响声以及出现岩煤开裂、掉碴、底鼓、岩煤自行剥落、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔顶钻、夹钎杆、钻机过负荷等。

　　2）瓦斯涌出方面的预兆

　　瓦斯涌出异常，瓦斯浓度忽大忽小，煤尘增加，气温、气味异常，打钻时喷瓦斯、喷煤粉以及出现哨声、风声、蜂鸣声等。

　　3）煤层结构与构造方面的预兆

　　层理紊乱，煤变软变松或不均匀，煤变暗淡无光泽，增大煤层厚度，倾角变陡，挤压褶曲，波状隆起，煤体干燥，顶底板阶梯状凸起，断层破碎带扩大等。

　　预防煤与瓦斯突出的技术措施

　　（1）开采解放层

　　在有煤与瓦斯突出危险的矿井中，在开采煤层群的条件下，矿工们首先开采没有突出危险，或突出危险较小的煤层。由于受采动影响，距离它一定范围内的突出危险煤层便会失去突出的危险。这个先采的煤层称为解放层，位于突出危险层的上方，称为上解放层，位于下方的称为下解放层。

　　凡是有解放层的所有发生煤与瓦斯突出的国家，如法国、原苏联、德国、波兰、匈牙利、比利时等国，都采用这种措施。我国从1958年起成功地推广了这一技术。目前开采解放层的矿井占全国有煤和瓦斯突出危险矿井的26%.这是一种有效的区域性防治突出的措施。

　　（2）预先抽放突出危险煤层的瓦斯

　　我国采用预抽瓦斯的矿井占有突出危险矿井总数的21%.在煤层开采之前用均匀布置在突出危险煤层内的大量钻孔来进行几个月至十几个月的预抽瓦斯，不仅降低了瓦斯压力与瓦斯含量，而且使地应力下降，煤层的强度增加。我国的实践证明，只要能预先抽出20%～30%的瓦斯，即可防止煤与瓦斯突出。

　　（3）煤层注水

　　近年国外研究成功在回采工作面注水可防止煤与瓦斯突出。

　　我国山西阳泉一矿北头嘴矿井在综采工作面进行浅孔煤体注水，使工作面煤压出的次数减少82%，瓦斯涌出量减少28%，煤尘减少了49%.

　　（4）超前钻孔

　　在工作面前方一定距离的煤体内，在开采以前始终保有一定数量的较大直径的钻孔，用以预防突出的发生。

　　我国有近40%的突出危险矿井使用这种措施。我国超前钻孔的经验数据为：孔径不少于120mm，超前距离不少于5m，孔数不少于4～5个。南桐鱼田堡矿孔径为300mm.

　　（5）水力冲孔

　　利用钻机打钻时喷射的水射流，在突出煤层内冲出煤炭和瓦斯，或诱导可以控制的小型突出，以造成煤体卸压，排放瓦斯，消除采掘突出危险的方法。此法最早在南桐矿务局试验成功。

　　据不完全统计，应用此法在我国已经安全地揭开突出危险煤层（指石门掘进揭穿突出层）100多次，掘进煤巷1万多米，水冲区采出煤炭100万吨。

　　（6）震动放炮

　　用比普通爆破多的炸药量和炮眼数，一次炸出巷道全断面的爆破，称为震动放炮。

　　震动放炮用强大的震动力和深揭作用使地应力作用下的高压瓦斯煤体突然暴露，造成人为最有利的可控制的发生突出的条件。所以，它是一种诱导突出的方法，也是在人员不在现场的条件下完成最危险的落煤或揭开煤层工序的一种安全措施。

　　震动放炮时揭盖的炮眼数比一般爆破约多2倍；煤眼和岩眼的比例为1：2；煤、岩眼交错排列，毫秒爆破时，先爆岩眼，后爆煤眼，最大延迟时间应在100ms以内。

　　以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。